Busca por IA de proteínas neandertais ressuscita antibióticos ‘extintos’

A Inteligência artificial pode auxiliar na busca de novos antibióticos?

Bioengenheiros têm usado inteligência artificial (IA) para trazer de volta moléculas dos mortos.

Para realizar essa “desextinção“ molecular, os pesquisadores aplicaram métodos computacionais a dados sobre proteínas tanto de humanos modernos (Homo sapiens) quanto de nossos parentes há muito extintos, neandertais (Homo neanderthalensis) e denisovanos. Isso permitiu que os autores identificassem moléculas que podem matar bactérias causadoras de doenças – e que poderiam inspirar novos medicamentos para tratar infecções humanas.

“Somos motivados pela noção de trazer de volta moléculas do passado para resolver problemas que temos hoje”, diz Cesar de La Fuente, coautor do estudo e bioengenheiro da Universidade da Pensilvânia, na Filadélfia. O estudo foi publicado em 28 de julho no Cell Host & Microbe.

Por que esta estratégia é válida?

O desenvolvimento de antibióticos desacelerou nas últimas décadas, e a maioria dos antibióticos prescritos hoje está no mercado há mais de 30 anos. Enquanto isso, as bactérias resistentes a antibióticos estão em ascensão, então uma nova onda de tratamentos em breve será necessária.

Muitos organismos produzem subunidades proteicas curtas chamadas peptídeos que têm propriedades antimicrobianas. Um punhado de peptídeos antimicrobianos, a maioria dos quais foi isolada de bactérias, já está em uso clínico.

As proteínas de espécies extintas poderiam ser um recurso inexplorado para o desenvolvimento de antibióticos – uma constatação à qual de La Fuente e seus colaboradores chegaram a agradecer, em parte, a um blockbuster clássico. “Começamos a pensar em Jurassic Park”, diz ele. Em vez de trazer os dinossauros de volta à vida, como os cientistas fizeram no filme de 1993, a equipe teve uma ideia mais viável: “Por que não trazer moléculas de volta?”

Como esta pesquisa está sendo desenvolvida?

Os pesquisadores treinaram um algoritmo de IA para reconhecer locais em proteínas humanas onde elas são conhecidas por serem cortadas em peptídeos. Para encontrar novos peptídeos, a equipe aplicou seu algoritmo a sequências de proteínas disponíveis publicamente – mapas dos aminoácidos de uma proteína – de H. sapiens, H. neanderthalensis e denisovanos. Os pesquisadores então usaram as propriedades de peptídeos antimicrobianos descritos anteriormente para prever quais desses novos peptídeos poderiam matar bactérias.

Encontrar e testar candidatos a medicamentos usando IA leva uma questão de semanas. Em contraste, leva de três a seis anos usando métodos mais antigos para descobrir um único novo antibiótico, diz de La Fuente.

Foram identificados antibióticos ancestrais?

Os pesquisadores testaram dezenas de peptídeos para ver se eles poderiam matar bactérias em testes de laboratório. Eles então selecionaram seis peptídeos potentes – quatro de H. sapiens, um de H. neanderthalensis e um de denisovanos – e os deram a camundongos infectados com a bactéria Acinetobacter baumannii, uma causa comum de infecções hospitalares em humanos.

Todos os seis peptídeos interromperam a multiplicação de A. baumannii crescendo no músculo da coxa, mas nenhum matou a bactéria. Cinco das moléculas mataram bactérias que cresciam em abscessos cutâneos, mas as doses usadas foram “extremamente altas”, diz Nathanael Gray, biólogo químico da Universidade Stanford, na Califórnia.

Quais são os próximos passos desta pesquisa?

Ajustar as moléculas mais bem-sucedidas poderia criar versões mais eficazes, diz de La Fuente. Da mesma forma, alterar o algoritmo poderia melhorar a identificação de peptídeos antimicrobianos, com menos falsos positivos. “Mesmo que o algoritmo que usamos não tenha produzido moléculas incríveis, acho que o conceito e a estrutura representam um caminho totalmente novo para pensar sobre a descoberta de drogas“, diz de La Fuente.

O que podemos esperar desta linha de pesquisa de antibióticos?

“A ideia geral é interessante”, diz Gray. Mas até que o algoritmo possa prever peptídeos clinicamente relevantes com um grau de sucesso maior do que agora, ele não acha que a desextinção molecular terá muito impacto na descoberta de drogas.

Euan Ashley, especialista em genômica e saúde de precisão da Universidade Stanford, na Califórnia, está animado para ver uma nova abordagem no campo pouco estudado do desenvolvimento de antibióticos. De La Fuente e seus colegas “me convenceram de que mergulhar no arcaico genoma humano era uma abordagem interessante e potencialmente útil“.

Fonte:

Desextinção molecular de peptídeos antimicrobianos antigos possibilitada inteligência artificial: https://doi.org/10.1016/j.chom.2023.07.001

Busca por IA de proteínas neandertais ressuscita antibióticos: https://www.nature.com/articles/d41586-023-02403-0

Sinopse por: Tadeu Fernandes

TAGs: antibióticos, Inteligência Artificial, IA, peptídeos, novos antibióticos, pesquisa, desenvolvimento de antibióticos